CN110702884A - 一种模拟评价回灌对地层伤害性的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟评价回灌对地层伤害性的装置，包括气瓶、抽气泵、稳压器、恒流器、缓冲室、储液罐、第一抽液泵、搅拌桶、第一阀门、第二抽液泵、杀菌装置、第一流量计、第一压力计、第二压力计、第二流量计、排液管、废液桶、加盐装置及样品夹持器，该装置能够模拟评价回灌对地层的危害性。
Description
技术领域
本发明属于地热勘探开发技术领域，涉及一种模拟评价回灌对地层伤害性的装置。
背景技术
地热资源是一种资源储量大、稳定性好的可再生能源，对于节能减排、治理大气污染等方面具有重大意义，对我国华北地区的清洁能源供暖、提高供热品质具有显著的效果。
然而，随着地热资源的不断开发，部分地区地下水位下降明显，严重影响了地下水资源的有效供给和平衡，导致地热开发不具有可持续性，制约了地热资源的进一步开采。为了促进地热资源的可循环使用，符合环保要求，地热开发需开展地热尾水回灌，保障地热资源的高效环保开发。然而，在地热尾水回灌过程中，常常发生堵塞、溶蚀等破坏地层回灌量的现象，造成地热尾水回灌缓慢、回灌量不足，直接影响了地热的可持续开发，需要开展地热储层回灌评价，依据热储的回灌特征编制回灌方案。目前的地热尾水回灌评价装置和系统是在常温常压下，采用定量回灌水在一定速率下进行评价，并对回灌前后的岩心放在其他实验设备上进行测试，评价该回灌水在该回灌速率下对回灌储层的伤害。但是地热回灌层温度较高、压力较大，实验室在常温常压下的常规模拟评价方法，与地下实际情况差别较大；目前设备不能开展不同回灌的流体成分、变回灌速率等对回灌地热地层的影响，不能在设备上开展多次连续性储层伤害评价的影响。
因此，有必要形成一种模拟评价回灌对地层伤害性的装置，以解决地热回灌过程中，不同尾水组成速率在地下真实温压条件下对地层伤害性的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种模拟评价回灌对地层伤害性的装置，该装置能够模拟评价回灌对地层的危害性。
为达到上述目的，本发明所述的模拟评价回灌对地层伤害性的装置包括气瓶、抽气泵、稳压器、恒流器、缓冲室、储液罐、第一抽液泵、搅拌桶、第一阀门、第二抽液泵、杀菌装置、第一流量计、第一压力计、第二压力计、第二流量计、排液管、废液桶、加盐装置及样品夹持器；
气瓶的出口经抽气泵、稳压器及恒流器与缓冲室的入口相连通，储液罐的出口经第一抽液泵与搅拌桶的入口相连通，搅拌桶的出口经第一阀门、第二抽液泵及杀菌装置与缓冲室的入口相连通，缓冲室的出口经第一流量计及第一压力计与岩心样品的一端相连通，岩心样品的另一端经第二压力计及第二流量计与排液管的一端相连通，排液管的另一端插入于废液桶内；加盐装置的出口与搅拌桶的入口相连通，搅拌桶内安装有搅拌棒；
岩心样品位于恒温箱内，且岩心样品的外壁上包裹有薄膜，样品夹持器夹持于岩心样品上。
气瓶的出口依次经第二阀门、第一导管、抽气泵、第二导管、稳压器、第三导管、恒流器及第四导管与缓冲室的入口相连通。
储液罐的出口经第三阀门、第三流量计、第一抽液泵及第五导管与搅拌桶的入口相连通。
加盐装置经第四阀门与搅拌桶的入口相连通。
搅拌桶的出口经第一阀门、第六导管、第二抽液泵、第四流量计及杀菌装置与缓冲室的入口相连通。
缓冲室的出口经第七导管、第一流量计、第八导管、第一压力计及第九导管与岩心样品相连通。
岩心样品经第十导管、第二压力计、第十一导管、第二流量计、第十二导管及第五阀门与排液管相连通。
所述样品夹持器包括限位箱体、第一金属板、第二金属板、第三金属板、第一金属杆、第二金属杆、第三金属杆、第一加压泵、第二加压泵及第三加压泵，其中，岩心样品放置于限位箱体内，第一金属板正对岩心样品的前侧面，第二金属板正对岩心样品的上侧面，第三金属板正对岩心样品的端面，且限位箱体内填充有沙粒，第一金属板、第二金属板及第三金属板均位于限位箱体内，第一加压泵通过第一金属杆与第一金属板相连接，第二加压泵通过第二金属杆与第二金属板相连接，第三加压泵通过第三金属杆与第三金属板相连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的在实验室分析回灌对地层伤害性的模拟评价回灌对地层伤害性的装置在具体操作时，通过样品夹持器对岩心样品施加压力，通过恒温箱模拟地下的真实温度，通过加盐装置向搅拌桶中加入盐，通过调节第二抽液泵及抽气泵的状态，以模拟不同状态、不同组分、不同浓度、不同速率的流体，继而真实地模拟岩心样品在地下的温压条件，再通过测量样品的渗透率，从而模拟评价回灌对地层的伤害性，在地热尾水回灌阶段的开发设计领域具有较好的推广意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为气瓶、2为第二阀门、3为第一导管、4为抽气泵、5为第二导管、6为稳压器、7为第三导管、8为恒流器、9为第四导管、10为储液罐、11为第三阀门、12为第三流量计、13为第一抽液泵、14为第五导管、15为搅拌桶、16为搅拌棒、17为加盐装置、18为第四阀门、19为第一阀门、20为第六导管、21为第二抽液泵、22为第四流量计、23为杀菌装置、24为缓冲室、25为第七导管、26为第一流量计、27为第八导管、28为第一压力计、29为第九导管、30为恒温箱、31为样品夹持器、32为薄膜、33为第一金属板、34为第一金属杆、35为第一加压泵、36为第二金属板、37为第二金属杆、38为第二加压泵、39为第三金属板、40为第三金属杆、41为第三加压泵、42为第十导管、43为第二压力计、44为第十一导管、45为第二流量计、46为第十二导管、47为第五阀门、48为排液管、49为废液桶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的模拟评价回灌对地层伤害性的装置包括气瓶1、抽气泵4、稳压器6、恒流器8、缓冲室24、储液罐10、第一抽液泵13、搅拌桶15、第一阀门19、第二抽液泵21、杀菌装置23、第一流量计26、第一压力计28、第二压力计43、第二流量计45、排液管48、废液桶49、加盐装置17及样品夹持器31；气瓶1的出口经抽气泵4、稳压器6及恒流器8与缓冲室24的入口相连通，储液罐10的出口经第一抽液泵13与搅拌桶15的入口相连通，搅拌桶15的出口经第一阀门19、第二抽液泵21及杀菌装置23与缓冲室24的入口相连通，缓冲室24的出口经第一流量计26及第一压力计28与岩心样品的一端相连通，岩心样品的另一端经第二压力计43及第二流量计45与排液管48的一端相连通，排液管48的另一端插入于废液桶49内；加盐装置17的出口与搅拌桶15的入口相连通，搅拌桶15内安装有搅拌棒16；岩心样品位于恒温箱30内，且岩心样品的外壁上包裹有薄膜32，样品夹持器31夹持于岩心样品上。
具体的，气瓶1的出口依次经第二阀门2、第一导管3、抽气泵4、第二导管5、稳压器6、第三导管7、恒流器8及第四导管9与缓冲室24的入口相连通；储液罐10的出口经第三阀门11、第三流量计12、第一抽液泵13及第五导管14与搅拌桶15的入口相连通；加盐装置17经第四阀门18与搅拌桶15的入口相连通；搅拌桶15的出口经第一阀门19、第六导管20、第二抽液泵21、第四流量计22及杀菌装置23与缓冲室24的入口相连通；缓冲室24的出口经第七导管25、第一流量计26、第八导管27、第一压力计28及第九导管29与岩心样品相连通；岩心样品经第十导管42、第二压力计43、第十一导管44、第二流量计45、第十二导管46及第五阀门47与排液管48相连通。
需要说明的是，所述样品夹持器31包括限位箱体、第一金属板33、第二金属板36、第三金属板39、第一金属杆34、第二金属杆37、第三金属杆40、第一加压泵35、第二加压泵38及第三加压泵41，其中，岩心样品放置于限位箱体内，第一金属板33正对岩心样品的前侧面，第二金属板36正对岩心样品的上侧面，第三金属板39正对岩心样品的端面，且限位箱体内填充有沙粒，第一金属板33、第二金属板36及第三金属板39均位于限位箱体内，第一加压泵35通过第一金属杆34与第一金属板33相连接，第二加压泵38通过第二金属杆37与第二金属板36相连接，第三加压泵41通过第三金属杆40与第三金属板39相连接。
所述气瓶1中可以根据实验设计盛有N2或空气；储液罐10内盛有蒸馏水，加盐装置17可以根据实验需要加入不同组分和不同质量的盐来调节液体浓度，各流量计的量程为1000ml/min，精度为0.1ml/min，耐压50MPa；各压力计的量程均为0-50MPa，测量精度为1MPa；所述排液管48伸入废液桶49底部，防止废液溅出污染。
本发明的具体操作步骤为：
1)检测系统各部件是否完好无损，获取实测数据：岩样长度L、岩样横截面积A、大气压p0、实验温度及大气压下N2的粘度μ；
2)将岩心样品裹满薄膜32，向样品夹持器31与薄膜32之间填满沙粒；
3)通过第一加压泵35、第二加压泵38及第三加压泵41调节加持压力，通过恒温箱30设置温度，以模拟地下的真实温度和压力；
4)打开第二阀门2，读取第一压力计28、第二压力计43和第二流量计45的读数，根据以下公式计算渗透率；
其中，K为气测渗透率；p0为大气压；q0为出口端气体流量；L为岩样长度；A为岩样横截面积；p1为岩样进口端压力；p2为岩样出口端压力；μ为实验温度下的气体粘度。
5)根据实验需要加入不同状态、不同组分、不同浓度、不同速率的流体，即根据实验设计通过加盐装置17向搅拌桶15中加入不同组分、不同质量的盐，并通过搅拌棒16搅拌使盐与蒸馏水混合均匀；
6)待流体均匀连续地流入废液桶49一段时间后，按顺序关闭第二抽液泵21、第一阀门19、第一抽液泵13及第三阀门11；
7)读取第一压力计28、第二压力计43和第二流量计45的读数，并用上述公式计算样品的渗透率；
8)对比前后两次渗透率的变化，分析回灌对地层的伤害性；
9)重复上述步骤，评价不同阶段对储层的伤害，形成评价的连续性；
10)实验后处理，拆卸系统各实验仪器，清洗管路与设备。
本发明克服了目前无法在实验室条件下快捷、方便地分析回灌的缺点，能够利用实验室手段，真实地模拟岩心样品在地下的温压条件，在实验室内即可方便快捷地测出样品的渗透率，从而模拟评价回灌对地层的伤害性。同时，本发明创新性地通过便捷地测出样品的渗透率来模拟不同状态、不同成分、不同浓度、不同速率的流体对地层的伤害性。另外，本发明利用相对简易的系统，可方便、快捷地分析回灌对地层的伤害，在地热尾水回灌阶段的开发设计领域具有较好的推广意义。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明的实施范围，所以其等同组件的置换，或依本发明保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本发明涵盖的范畴。
Claims (8)
1.一种模拟评价回灌对地层伤害性的装置，其特征在于，包括气瓶(1)、抽气泵(4)、稳压器(6)、恒流器(8)、缓冲室(24)、储液罐(10)、第一抽液泵(13)、搅拌桶(15)、第一阀门(19)、第二抽液泵(21)、杀菌装置(23)、第一流量计(26)、第一压力计(28)、第二压力计(43)、第二流量计(45)、排液管(48)、废液桶(49)、加盐装置(17)及样品夹持器(31)；
气瓶(1)的出口经抽气泵(4)、稳压器(6)及恒流器(8)与缓冲室(24)的入口相连通，储液罐(10)的出口经第一抽液泵(13)与搅拌桶(15)的入口相连通，搅拌桶(15)的出口经第一阀门(19)、第二抽液泵(21)及杀菌装置(23)与缓冲室(24)的入口相连通，缓冲室(24)的出口经第一流量计(26)及第一压力计(28)与岩心样品的一端相连通，岩心样品的另一端经第二压力计(43)及第二流量计(45)与排液管(48)的一端相连通，排液管(48)的另一端插入于废液桶(49)内；加盐装置(17)的出口与搅拌桶(15)的入口相连通，搅拌桶(15)内安装有搅拌棒(16)；
岩心样品位于恒温箱(30)内，且岩心样品的外壁上包裹有薄膜(32)，样品夹持器(31)夹持于岩心样品上。
2.根据权利要求1所述的模拟评价回灌对地层伤害性的装置，其特征在于，气瓶(1)的出口依次经第二阀门(2)、第一导管(3)、抽气泵(4)、第二导管(5)、稳压器(6)、第三导管(7)、恒流器(8)及第四导管(9)与缓冲室(24)的入口相连通。
3.根据权利要求2所述的模拟评价回灌对地层伤害性的装置，其特征在于，储液罐(10)的出口经第三阀门(11)、第三流量计(12)、第一抽液泵(13)及第五导管(14)与搅拌桶(15)的入口相连通。
4.根据权利要求3所述的模拟评价回灌对地层伤害性的装置，其特征在于，加盐装置(17)经第四阀门(18)与搅拌桶(15)的入口相连通。
5.根据权利要求4所述的模拟评价回灌对地层伤害性的装置，其特征在于，搅拌桶(15)的出口经第一阀门(19)、第六导管(20)、第二抽液泵(21)、第四流量计(22)及杀菌装置(23)与缓冲室(24)的入口相连通。
6.根据权利要求5所述的模拟评价回灌对地层伤害性的装置，其特征在于，缓冲室(24)的出口经第七导管(25)、第一流量计(26)、第八导管(27)、第一压力计(28)及第九导管(29)与岩心样品相连通。
7.根据权利要求6所述的模拟评价回灌对地层伤害性的装置，其特征在于，岩心样品经第十导管(42)、第二压力计(43)、第十一导管(44)、第二流量计(45)、第十二导管(46)及第五阀门(47)与排液管(48)相连通。
8.根据权利要求1所述的模拟评价回灌对地层伤害性的装置，其特征在于，所述样品夹持器(31)包括限位箱体、第一金属板(33)、第二金属板(36)、第三金属板(39)、第一金属杆(34)、第二金属杆(37)、第三金属杆(40)、第一加压泵(35)、第二加压泵(38)及第三加压泵(41)，其中，岩心样品放置于限位箱体内，第一金属板(33)正对岩心样品的前侧面，第二金属板(36)正对岩心样品的上侧面，第三金属板(39)正对岩心样品的端面，且限位箱体内填充有沙粒，第一金属板(33)、第二金属板(36)及第三金属板(39)均位于限位箱体内，第一加压泵(35)通过第一金属杆(34)与第一金属板(33)相连接，第二加压泵(38)通过第二金属杆(37)与第二金属板(36)相连接，第三加压泵(41)通过第三金属杆(40)与第三金属板(39)相连接。
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